CN101539111A - 一种立式风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种立式风力发电机，所述立式风力发电机包括基座、桅杆和风力帆，所述桅杆竖立在基座上，桅杆上均角度设置至少3组风力帆，所述风力帆上设置至少一排叶片，在风力帆的骨架上设置有叶片锁定装置，所述叶片锁定装置的个数与设置在风力帆上的叶片的排数至少相等。根据上述技术方案可设计一种可以根据风速的变化，自动调节风力发电机的转速在设计范围之内，能在任何环境中随时停车检修或其它操作。且不需要建造数十米高的塔架，因为所有的设备都是在地面安装，就能实现利用风力，从型号上可以根据需要制造千瓦至兆瓦级的垂直轴风力发电机。为了保证风力发电机的安全运行特别增加了轨道设计，使大功率风力发电机有了安全保证。

Description

一种立式风力发电机

技术领域：

本发明涉及一种立式风力发电机，特别是一种可自动调节转速的风力发电机。

背景技术：

风力发电机问世已有数百年历史，多以水平轴为主。水平轴风力发电机的单机输出功率受螺旋桨长短和转速的限制，达不到增速及输出更大扭矩的目的。而且水平轴式风力发电机风轮占据空间和占地面积大。对风塔要求较高。由于是上下旋转的，为达到更好的风向及稳定的风层使风叶旋转要建造数十米高的塔架。由于风叶是上下且是不定方向旋转的，不允许用钢索对风塔进行加固，只能靠风塔自身的强度抵御风力，因此，风塔必须做的又高又大又坚固。因为风轮受风不均匀，风轮受风作用力上部大，下部小。风轮、浆叶、风轮轴将承受很大的侧向扭力。因此需要品质要求极高的风轮、风轮轴、浆叶、风轮轴。

综上所述，现有技术的风力发电机，生产成本过高、体积重量过大，因而不能普及应用。现有技术的垂直轴风力发电机的叶片也因设计过大的话存在着重问题而不能实现工业化生产。不能根据风力变化调整风力发电机的转速且安全性能差。

本发明涉及到一种能量转换装置，是将风力转换成机械动能，进而带动风力发电机，将机械动能转换为千瓦至兆瓦级电能的一种新型垂直轴风力发电机。它克服了水平轴风力发电机和现有垂直轴风力发电机的缺点。其优点包括：不受风向的限制；不需要架设高塔；受风面积大；增速方便，克服了现有垂直轴风力发电机技术的不足。能够大幅度降低风力发电机的制造成本，在国内现有的工业化水平上可以实现国产化和大规模产业化生产。可以制造出兆瓦级的风力发电设备，因为这种发电技术是靠风能，不需要任何燃料，对环境无任何污染。这样，就能在充分利用大自然为人类造福的同时，又能有效地减少二氧化碳和二氧化硫的排放量，有助于环保，改善生态环境，是绿色环保产品。

现有风力发电机一般有两种结构，一种采用水平轴加上叶片，需要一个塔架支撑起来。另一种采用垂直轴加上叶片，这种风力发电机的叶片因为是固定的，很难在大风中自行调低转速或停止转动，这也使该种风力发电机适应风速变化性能差，安全性差。

发明内容：

本发明的目的是设计一种可以根据风速的变化，自动调节风力发电机的转速的发电机风帆结构，能在任何环境中随时停车检修或其它操作。且不需要建造数十米高的塔架，因为所有的设备都是在地面安装，就能实现利用风力，达到发电的目的。从型号上可以根据需要制造千瓦至兆瓦级的垂直轴风力发电机。为了保证风力发电机的安全运行特别增加了轨道设计，使大功率风力发电机有了安全保证。

本发明是通过以下技术方案来实现发明目的的：

一种立式风力发电机，所述立式风力发电机包括基座、桅杆和风力帆，所述桅杆竖立在基座上，桅杆上均角度设置至少2组风力帆，所述风力帆上设置至少一排叶片，在风力帆的骨架上设置有叶片锁定装置，所述叶片锁定装置的个数与设置在风力帆上的叶片的排数至少相等。

风力帆上的每枚叶片均设置有转动轴，所述叶片可围绕转动轴朝风力帆的一侧开启或两侧均可开启。

风力帆上的每组叶片至少设置一个叶片锁定装置，所述锁定装置为发梳状，即在一主架上根据当前叶片组的叶片数量设置突出的齿，所述主架为水平设置在风力帆上，所述主架的端部连接驱动装置，当叶片闭合时，所述发梳状锁定装置的突齿阻挡在叶片后面为竖直，当叶片打开时所述主架转动，将齿打成水平。

所述锁定装置为带有一转动轴的支架，所述支架为T形其竖直的杆部固定在转动轴上，所述支架的水平锁定杆长度至少大于1片叶片以上的宽度，每个T形支架可同时锁定一排叶片中的1片以上。

所述叶片锁定装置依靠液压装置驱动旋转，所述液压缸带动扇形齿轮，所述扇形齿轮与位于锁定装置水平主架端部的齿轮啮合。

所述叶片锁定装置可以通过人为控制也可以通过预设电信号控制。

所述立式风力发电机的顶部设置有一风力感应装置，所述风力感应装置为小型风速仪根据风速发出信号给控制电路，所述控制电路控制液压系统或机械传动装置带动锁定装置的水平支架开启和关闭。

所述风帆边缘部分设置有支撑滚轮，所述滚轮可在设置在基架上的轨道内滚动。

本发明的特点是：

本产品立式风力发电机可单独或成组的布置，安装简便。可人为控制或根据安装在发电机顶部的风力传感器调节锁定装置。将发电机风帆上的叶片打开或闭合。保证发电机输出功率稳定。当出现飓风或强风等不宜进行发电工作的情况时，设置在风帆上的全部叶片都可打开，用已保护发电机不会被摧毁，提高其安全性和稳定性。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明工作状态发电机俯视图；

图3为本发明锁定装置驱动部分的放大图；

图4为本发明锁定装置驱动部分侧视的放大图；

图5为图4的锁定装置位于叶片组背后的支架结构图；

图6为图4的锁定装置位于叶片组背后的第2种支架结构图；

图7为图4的锁定装置位于叶片组背后的第3种支架结构图；

图8为转速调节器示意图。

具体实施实施方案：

本发明所设计的垂直轴风力发电机工作原理是：

离心式转速调节器(图8)根据其所受风力大小，驱动或控制叶片锁定装置打开或闭和。离心式转速调节器中的离心块发生位置变化，在不同位置发出的不同信号传导给转速控制器主机，再由转速控制器主机给转速控制器发出打开垂直轴风力发电机的叶片不同层次的指令。叶片受到风力的作用下授力于叶片框，叶片框在以“垂直轴”为中心按事先设定的速度旋转。因为同等角度的四个叶片框是固定在垂直轴上，所以叶片框带动垂直轴旋转，由垂直轴带动连接在底部的发电机旋转，垂直轴风力发电机利用叶片的阻力差进行不停的运转，使垂直轴风力发电机在风的作用下运行，本发明针对大型机体设计了行走车轮和轨道，增加了垂直轴风力发电机的稳定性，所以在任何环境中都可以安全运行。而小型机体可不需要此套平衡支撑结构。

实施例：

如图1所示：

该图为立式发电机的结构图从图中可以看出在风帆10上设置有多排叶片11。叶片设计的排数根据不同发电机的型号确定，功率小的发电机可以只设置一到两排叶片。而功率大的发电机可以设置多排叶片，当叶片11全部打开时，风帆10实际上就成为一个框架，强风可以从其中穿过而不会对风帆产生推力。从而对发电机起到保护作用。

在风帆的上部配有拉索8，用于保持风帆打开状态。在大型风帆的底部外侧可安装有滑轮12，在基架上设置有导轨，滑轮12可在圆形的导轨内转动。这样发电机的框架不用额外承担风帆的重量，有利于发电机的平稳运转。

图1中位于右侧风帆上的发梳状支架9为叶片锁定装置，该支架设置在叶片的背面可上下翻转。当锁定装置支架9反转为水平时设置在风帆上的叶片组不再被锁定可单向打开从增大气流通过当支架9竖直时叶片闭合，此时发电机为工作状态。设置多组叶片的发电机可人工编制程序根据离心式转速调节器的信号确认打开叶片的组数，及时调节风帆上受风力叶片的数量来保证发电机输出功率的平稳。

发电机的顶部还安装有避雷装置7，在基座内安装有离心式转速调节器2。该调节器与转速调节器中心控制器15连接。

离心式转速调节器2是根据通常使用的风速仪的原理设计制作的，离心块用一般的磁性材料制作。离心器绕有一定的线圈。通过离心式转速调节器的旋转速度不同，离心块就会被甩出不同的位置，此时就能得到不同的信号。此信号传导给⑥转速控制器主机，该主机能根据信号的强弱给⑧转速控制器发出打开或闭合垂直轴风力发电机的叶片不同层次的指令。遇到紧急停车或强台风时，能人为地给该主机指令将所有叶片打开，保证正常检修或保证风力发电机的安全。

叶片11可用铁、铝、镁金属及其合金，或木质、塑料、玻璃钢、碳纤维等非金属制造；叶片11框可用铁、铝、镁金属及其合金，每个叶片由活动轴和叶片组成，目的是能随着风力自由活动。叶片框起到固定叶片活动轴作用以及组合整个大风叶作用，同时又是风力发电机的动力源。

如图2所示当风从一侧吹来至少会有一个风帆上的叶片会受力。由于叶片11可以双向开启，而位于锁定装置前部的叶片就被锁死无法打开从而承受风力。但位于另一侧风帆上锁定装置后部的叶片由于受力方向为锁定装置安装侧所以不受锁定装置影响可以打开，出现受力的风帆其中一个叶片封闭从而受力，而另一个叶片全部打开不受力的情况，导致发电机的风帆旋转。

如图3、4所示，锁定支架、锁定杆可用铁、铝、镁金属及其合金制造，当转速控制器发出打开垂直轴风力发电机的叶片不同层次的指令时，推力器能通过直齿轮推动扇形齿轮旋转90度，带动锁定支架、锁定杆也旋转90度。使各组叶片能够通过叶片框。达到减速或停车的目的。

当转速控制器发出闭合垂直轴风力发电机的叶片不同层次的指令时，推力器能通过直齿轮拉回扇形齿轮旋转90度，带动锁定支架、锁定杆也旋转90度。使各组叶片不能够通过叶片框。达到增加扭矩的目的。

图5、6、7分别为锁定支架的3种不同实施方式，如图所示，该锁定支架均可实现对叶片的单向阻挡，根据风力发电机的功率大小或体积大小以及叶片组的数量确定支架的结构。

Claims (8)

1、一种立式风力发电机，所述立式风力发电机包括基座、桅杆和风力帆，所述桅杆竖立在基座上，桅杆上均角度设置至少2组风力帆，其特征在于：所述风力帆上设置至少一排叶片，在风力帆的骨架上设置有叶片锁定装置，所述叶片锁定装置的个数与设置在风力帆上的叶片的排数相等。

2、根据权利要求1所述的一种立式风力发电机，其特征在于：风力帆上的每枚叶片均设置有转动轴，所述叶片可围绕转动轴朝风力帆的一侧开启或两侧均可开启。

3、根据权利要求2所述的一种立式风力发电机，其特征在于：风力帆上的每组叶片至少设置一个叶片锁定装置，所述锁定装置为发梳状，即在一主架上根据当前叶片组的叶片数量设置突出的齿，所述主架为水平设置在风力帆上，所述主架的端部连接驱动装置，当叶片闭合时，所述发梳状锁定装置的突出齿阻挡在叶片后面为竖直，当叶片打开时所述主架转动，将齿打成水平。

4、根据权利要求2所述的一种立式风力发电机，其特征在于：所述锁定装置为带有一转动轴的支架，所述支架为T形其竖直的杆部固定在转动轴上，所述支架的水平锁定杆长度至少大于1片叶片以上的宽度，每个T形支架可同时锁定一排叶片中的1片以上。

5、根据权利要求3或4所述的一种立式风力发电机，其特征在于：所述叶片锁定装置依靠液压装置驱动旋转，所述液压缸带动扇形齿轮，所述扇形齿轮与位于锁定装置水平主架端部的齿轮啮合。

6、根据权利要求5所述的一种立式风力发电机，其特征在于：所述叶片锁定装置可以通过人为控制也可以通过预设电信号控制。

7、根据权利要求6所述的一种立式风力发电机，其特征在于：所述立式风力发电机的顶部设置有一风力感应装置，所述风力感应装置为小型风速仪根据风速发出信号给控制电路，所述控制电路控制液压系统或机械传动装置带动锁定装置的水平支架开启和闭合。

8、根据权利要求1所述的一种立式风力发电机，其特征在于：所述风帆边缘部分设置有支撑滚轮，所述滚轮可在设置在基架上的轨道内滚动。

Images